Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc nhuộm của bùn đỏ trung hòa bằng thạch cao phế thải

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2 (2014) 55-60

55

Nghiên c

ứ

u kh

ả

n

ă

ng x

ử

lý thu

ố

c nhu

ộ

m c

ủ

a bùn

đỏ

trung hòa

b

ằ

ng th

ạ

ch cao ph

ế

th

ả

i

V

ũ

Xuân Minh

1

, Lê Th

ị

Mai H

ươ

ng

2

, Tr

ầ

n Th

ị

H

ồ

ng

3

,

Nguy

ễ

n V

ũ

Giang

1

, Nguy

ễ

n Tu

ấ

n Dung

1,

*

1<i>_Vi_ệ_{n K}_ỹ_thu_ậ_{t nhi}_ệ_t_đớ_{i, Vi}_ệ_{n Hàn lâm Khoa h}_ọ_{c và Công ngh}_ệ_Vi_ệ_{t Nam,}</i>

<i>18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam </i>

2<i>_Vi_ệ_{n Hóa h}_ọ_{c các h}_ợ_{p ch}_ấ_{t thiên nhiên, Vi}_ệ_{n Hàn lâm Khoa h}_ọ_{c và Cơng ngh}_ệ_Vi_ệ_{t Nam,}</i>

<i>18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam </i>

3<i>_Tr_ườ_ng_Đạ_{i h}_ọ_{c Khoa h}_ọ_{c T}_ự_nhiên,_Đ_{HQGHN, 334 Nguy}_ễ_{n Trãi, Hà N}_ộ_{i, Vi}_ệ_{t Nam}</i>

Nhận ngày 05 tháng 3 năm 2014

Chỉnh sửa ngày 19 tháng 3 năm 2014; Chấp nhận đăng ngày 26 tháng 3 năm 2014

<b>Tóm tắt: </b>Trong nghiên cứu này, bùn đỏ nhà máy Alumin Tân Rai được trung hòa bằng thạch cao
phế thải (gypsum) của Nhà máy phân bón DAP Đình Vũ và khảo sát khả năng hấp phụ một số
thuốc nhuộm thông dụng: đỏ Red 3BF, vàng Yellow 3GF và xanh Blue MERF. Quá trình hấp phụ
tĩnh được tiến hành trong dung dịch nước và khảo sát các yếu tốảnh hưởng nhưđộ pH, thời gian
tiếp xúc, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu, tới hiệu suất xử lý màu. Kết quả chỉ ra rằng đối với cả 3
chất màu nghiên cứu, pH thích hợp nhất là 4, quá trình hấp phụđạt cân bằng sau 120 phút. Các

nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ cho thấy quá trình hấp phụ 3 loại thuốc nhuộm đều tuân theo mơ
hình Langmuir, dung lượng hấp phụ cực đại đạt rất cao, đối với Red 3BF, Yellow 3GF, Blue
MERF, qmax tương ứng là 57,8; 96,6 và 98,23 mg/g. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại FT-IR
chứng tỏ sự có mặt của các chất màu trên bề mặt bùn đỏ-gypsum.

<i>Từ khóa:</i> bùn đỏ, thạch cao phế thải, xử lý thuốc nhuộm, chất hấp phụ giá rẻ, bã thải bauxit.

<b>1. Mởđầu</b>∗

Bùn đỏ (BĐ) là bã thải trong quy trình hịa
tách quặng bauxit theo công nghệ Bayer để sản
xuất nhôm, có tính kiềm cao và lượng thải lớn,
tiềm ẩn nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường.
Người ta có thể trung hòa để làm giảm độ kiềm
của bùn đỏ bằng nhiều cách khác nhau, trong đó
việc sử dụng thạch cao phế thải (gypsum) rất

được quan tâm do khả năng tận dụng phế thải

_______

∗_{Tác gi}_ả_{liên h}_ệ_._Đ_{T: 84-936162586}

E-mail:

rắn của các nhà máy sản xuất phân bón DAP.
Trung hòa bùn đỏ bằng cách trộn với gypsum
chủ yếu được ứng dụng vào việc hoàn thổ, để

trung hòa lượng kiềm trong 1 kg bùn đỏ cần
khoảng 4 kg gypsum [1]. Ngoài việc quản lý

lưu giữ và hoàn thổ, các hướng nghiên cứu tái
sử dụng bùn đỏ thành các vật liệu hữu ích gần

đây cũng được đẩy mạnh, đặc biệt là hướng
chuyển hóa thành chất hấp phụ giá rẻứng dụng
xử lý nước ô nhiễm [2]. Một số công bố trên thế

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<i>V.X. Minh và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2 (2014) 55-60</i>

56

tính, xanh trực tiếp… [3-6]. Trong bài báo này,
chúng tôi nghiên cứu khả năng hấp phụ một số

phẩm nhuộm dạng hòa tan thường dùng trong
ngành dệt may như: Red 3BF, Blue MERF,
Yellow 3GF của bùn đỏ nhà máy Alumin Tân
Rai được trung hòa bằng thạch cao phế thải của
Nhà máy phân bón DAP Đình Vũ.

<b>2. Thực nghiệm </b>

Trong nghiên cứu này, bùn đỏ lấy từ nhà
máy Alumin Tân Rai (pH khoảng 11,5), được
trung hòa bằng thạch cao phế thải (gypsum),
phụ phẩm của nhà máy Phân lân Đình Vũ, tỷ lệ

khối lượng bùn đỏ:gypsum là 8:2, tỷ lệ rắn:lỏng
là 1:10, sau khi khuấy và đểổn định pH dung
dịch đạt 8,5. Vật liệu thu được (ký hiệu là BĐG)

được lọc rửa, sấy khô ở 100o_{C trong 2 gi}_ờ_.

Các chất màu-đối tượng cần xử lý là thuốc
nhuộm thương phẩm Red 3BF, Blue MERF,
Yellow 3GF, xuất xứ từ Trung Quốc, được sử

dụng rất phổ biến ở các cơ sở dệt may. Bước
sóng hấp thụ cực đại (λmax) khảo sát bằng phổ

UV-Vis trên thiết bị CINTRA 40 - GBC (Mỹ)
tương ứng là 400, 540 và 610 nm. Nồng độ chất
màu được xác định bằng phương pháp trắc
quang tại λmax tương ứng.

Khả năng hấp phụ chất màu của bùn đỏ
được đánh giá thông qua các giá trị hiệu suất

hấp phụ H (%) và dung lượng hấp phụ q (mg/g)
xác định theo các công thức sau:

H = (%) ;
q = (mg/g).
Trong đó: C0: nồng độ chất màu ban đầu

(mg/L);

Cf: nồng độ chất màu còn lại sau khi hấp

phụ (mg/L);

V: thể tích dung dịch chất màu (mL);
m: khối lượng vật liệu hấp phụ (g).

<b>3. Kết quả và thảo luận </b>

<i>3.1. Khảo sát điều kiện hấp phụ</i>
<i>Ảnh hưởng của pH </i>

Quá trình hấp phụ các thuốc nhuộm Red
3BF, Yellow 3GF và Blue MERF được tiến
hành trong mơi trường nước có pH thay đổi từ 2

đến 10. Nồng độ chất màu ban đầu (C0) là 30

mg/L, nồng độ chất hấp phụ bùn đỏ-gypsum
(BĐG) là 1 g/L và thời gian hấp phụ 120 phút

được giữ cố định trong tất cả các thí nghiệm.
Bùn đỏ thô (BĐ) cũng được khảo sát cùng điều
kiện để đối chứng. Kết quả xác định dung
lượng hấp phụđược trình bày trên hình 1.

0 2 4 6 8 10

0
10
20
30

q

(m

g/

g)

pH

BÑ
BÑG

Thuốc nhuộm Red 3BF

2 4 6 8 10

0
10
20
30

q (mg/

g)

pH

BÑ
BÑG

Thuốc nhuộm Yellow 3GF

2 4 6 8 10

0
10
20
30

q (mg/g)

pH

BÑ
BĐG

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<i>V.X. Minh và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2 (2014) 55-60</i> ₅₇

Quan sát hình 1 ta thấy, đối với cả 3 chất
màu nghiên cứu, quá trình hấp phụđều diễn ra
thuận lợi trong mơi trường axit, với pH ≥ 6 hiệu
suất hấp phụ giảm mạnh. Điều này có thể lý
giải do đây là các chất màu anion, có khuynh
hướng tạo liên kết tĩnh điện với các trung tâm
tích điện dương của vật liệu hấp phụ trong môi
trường pH thấp [4, 7]. Mặt khác các kết quả thu

được cũng cho thấy việc trung hịa bằng
gypsum hầu như khơng làm giảm khả năng hấp

phụ chất màu của bùn đỏ.

<i>Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc </i>

Hiệu suất hấp phụ các chất màu trên mẫu
BĐG được khảo sát theo thời gian hấp phụ

trong dung dịch có C0 = 50 mg/L ở pH 4, lượng

BĐG cố định là 1 g/L. Các kết quả thu được
trình bày trên hình 2.

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270
0

20
40
60
80
100

H (%)

Thời gian hấp phụ (phút)

Red 3BF
Yellow 3GF
Blue MERF

Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu

suất hấp phụ các loại chất màu.

Từ hình 2 ta thấy quá trình hấp phụ chất
màu trên bề mặt BĐG diễn ra khá nhanh, trong
cả 3 trường hợp, sau 120 phút tiếp xúc quá trình
hấp phụđã đạt cân bằng. Vật liệu BĐG hấp phụ
thuốc nhuộm xanh Blue MERF nhanh nhất và
hiệu sất đạt cao nhất, sau đó đến vàng Yellow
3GF và đỏ Red 3BF.

<i>Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ</i>

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng BĐG
tới khả năng tách loại chất màu được thực hiện
trong dung dịch có pH = 4, nồng độ thuốc
nhuộm ban đầu C0 = 50 mg/L, thời gian hấp

phụ 120 phút, lượng BĐG thay đổi từ 0,5 đến 5
g/L. Hình 3 biểu diễn sự thay đổi của các giá trị

H và q theo hàm lượng BĐG. Kết quả cho thấy
hiệu suất hấp phụ tăng theo chiều tăng của hàm
lượng bùn đỏ, trường hợp thuốc nhuộm đỏ Red
3BF và Yellow 3GF, H đạt bão hòa khi nồng độ

BĐG là 3 g/L, đối với Blue MERF là 1 g/L.

0 1 2 3 4 5

0
20
40
60
80
100

Lượng BĐG (g/l)

H(

%)

0
10
20
30

q

(mg

/g

)

<b>H</b>
<b>q</b>

Thuốc nhuộm Red 3BF

0 1 2 3 4 5 6

0
20
40
60
80
100

Lượng BĐG (g/l)

H(

%)

0
10
20
30
40
50

q (

m

g/g)

<b>H</b>
<b>q</b>

Thuốc nhuộmYellow 3GF

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
0

20
40
60
80
100

Lương BĐG (g/L)

H (

%

)

<b>H</b>

<b>q</b>
c)

0
10
20

30
40
50
60
70

q (mg/

g)

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<i>V.X. Minh và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2 (2014) 55-60</i>

58

<i>Ảnh hưởng của nồng độ chất màu ban đầu </i>

Mối quan hệ giữa nồng độ dung dịch các
chất màu ban đầu (Co) với hiệu suất và dung

lượng hấp phụ được trình bày trong hình 4.
Thực nghiệm được thực hiện trong điều kiện

pH = 4, lượng BĐG là 3 g/L đối với thuốc
nhuộm Red 3BF và Yellow 3GF, 1 g/L đối với
Blue MERF. Khi nồng độ chất màu ban đầu
tăng, hiệu suất hấp phụ giảm dần, dung lượng
hấp phụ tăng dần tới giá trị bão hòa.

0 100 200 300 400 500
0

20
40
60
80
100

C_O Red 3BF (mg/l)

H (%

)

a)

0
10
20
30
40
50
60

q (

m

g/

g)

<b>q</b>
<b>H</b>

0 100 200 300 400 500 600 700
0

20
40
60
80
100

C_O Yellow 3GF (mg/l)

H (

%

)

0
20
40
60
80
100

q (mg/g)

<b>q</b>
<b>H</b>

0 50 100 150 200 250 300 350
0

20
40
60
80
100

C_o Blue MERF (mg/l)

H (

%

)

c)

<b>q</b>
<b>H</b>

0
20
40
60
80

100

q (mg/g)

Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ chất màu ban đầu tới khả năng hấp phụ.

<i>3.2. Phân tích phổ hồng ngoại </i>

Vật liệu hấp phụ BĐG trước và sau khi hấp
phụ các chất màu Red 3BF, Yellow 3GF và
Blue MERF được phân tích phổ hồng ngoại
biến đổi Fourier (FT-IR) và trình bày trên hình 5.

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600
<b>(d)</b>

<b>(c)</b>
<b>(b)</b>

Độ

tr

uyề

n

qua

<b>(a)</b>

Số sóng (cm-1₎

Hình 5. Phổ FT-IR của BĐG trước (đường a) và sau
khi hấp phụ chất màu Blue MERF (đường b),
Yellow 3GF (đường c) và Red 3BF (đường d).

Quan sát hình 5 ta thấy, phổ FT-IR của
BĐG sau khi hấp phụ chất màu đều chứa những

đỉnh pic đặc trưng của cả bùn đỏ và chất màu
tương ứng. Phổ hồng ngoại của BĐG hấp phụ

Red 3BF (đường d) có các đỉnh pic hấp thụ tại

1630 và 1030 cm-1 _đặ_{c tr}_ư_{ng cho liên k}_ế_{t OH}

-của gibsit và Si-O trong bùn đỏ [8]; đỉnh pic
hấp thụ tại 1534, 1467, 1399 và 1214 cm-1 lần
lượt đặc trưng cho các liên kết N=N (triazin),
N-H, SO3- và -OH trong Red 3BF [9, 10].

Trường hợp BĐG hấp phụ Yellow 3GF (đường
c), ngoài các pic đặc trưng của bùn đỏ cũng thể

hiện những pic đặc trưng của Yellow 3GF tại
1508 và 1404 cm-1_c_ủ_{a các liên k}_ế_{t N=N, C-O}

[9,10]. Tương tự như vậy, đường (b) cũng thể

hiện các pic đặc trưng của Blue MERF tại 1516,
1402, 734 (cm-1_{) c}_ủ_{a các liên k}_ế_{t N=N trong}

triazin, C-O và C-Cl [9, 10]. Kết quả phân tích
phổ hồng ngoại đã chứng minh rằng chất màu

đã bị hấp phụ trên bề mặt của bùn đỏ-gypsum.

<i>3.3. Đẳng nhiệt hấp phụ</i>

Các số liệu thực nghiệm của q trình hấp
phụ được phân tích và trình bày theo dạng
tuyến tính của hai phương trình Langmuir và
Freundlich (hình 6), từđó xác định các tham số

của phương trình và trình bày trong bảng 1. Từ

hệ số tương quan của phương trình hồi quy (R2₎

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<i>V.X. Minh và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2 (2014) 55-60</i> ₅₉

mặt bùn đỏ đều tuân theo mô hình đẳng nhiệt
Langmuir, đây là quá trình hấp phụ đơn lớp,
khơng có tương tác giữa các phân tử hấp phụ.

Dung lượng hấp phụ cực đại đạt rất cao, đối với
Blue MERF là 98,23 mg/g, Yellow 3GF là 96,6
mg/g và Red 3BF là 57,8 mg/g.

0 100 200 300 400

0
2
4
6

Blue MERF
R2_{= 0,9948}

Yellow 3GF
R2_{= 0,9933}
Cf

/q

C_f (mg/L)

Red 3BF
R2_{= 0,9972}

A

-1 0 1 2 3

0.0
0.5
1.0
1.5
2.0

Red 3BF
R2_{= 0,9527}

Yellow 3GF
R2_{= 0,9643}

log

q

log C_f

Blue MERF
R2_{= 0,9923}

B

Hình 6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ: A - Langmuir và B - Freundlich.
Bảng 1. Các tham số phương trình đẳng nhiệt hấp

phụ Langmuir và Freundlich

<b>Thuốc </b>
<b>nhuộm </b>

<b>Langmuir Freundlich </b>

qmax

(mg/g) (l/mg) KL R

2 <i>_K</i>

<i>F</i> <i>N</i> <i>R2</i>

Red

3BF 57,80 0,05 0,9972 4,38 1,99 0,9527
Yellow

3GF 96,60 0,06 0,9933 6,40 2,05 0,9643
Blue

MERF 98,23 1,98 0,9948 37,52 5,11 0,9923

<b>4. Kết luận </b>

Chúng tôi đã khảo sát khả năng hấp phụ

chất màu của bùn đỏ (nhà máy Alumin Tân
Rai) trung hòa bằng thạch cao phế thải-gypsum
(nhà máy Phân bón DAP Đình Vũ) đối với một
số thuốc nhuộm thông dụng như: đỏ Red 3BF,
vàng Yellow 3GF và xanh Blue MERF. Kết quả

khảo sát cho thấy quá trình hấp phụ diễn ra tốt
nhất trong môi trường pH 4 với cả 3 chất màu,
sau 120 phút đã đạt cân bằng. Các nghiên cứu

đẳng nhiệt hấp phụ chứng tỏ trong cả 3 trường

hợp, quá trình hấp phụ lên bề mặt bùn đỏ

-gypsum đều tn theo mơ hình Langmuir, dung
lượng hấp phụ cực đại đạt rất cao, đối với Red
3BF, Yellow 3GF, Blue MERF, qmax tương ứng

là 57,8; 96,6 và 98,23 mg/g.

<b>Tài liệu tham khảo</b>

[1] A.Xenidis, A.Harokopou, E.Mylona, G.Brofas,
Modifying alumina red mud to support a
revegetation cover, Journal of Metallurgy, 57 (2)
(2005), 42–46.

[2] Shaobin Wang, HM.Ang, MO.Tadé, Novel

application of red mud as coagulant, adsorbent
and catalyst of environmentally benign
processes. Chemosphere, 72(2008) 1621-1635.
[3] Gupta, V.K., Suhas, Application of low-cost

adsorbents for dye removal– a review Journal of
Environmental Management, 90(8) (2009),
2313–2342.

[4] Namasivayam, C., Arasi, D.J.S.E., Removal of
congo red from wastewater by adsorption onto
waste red mud, Chemosphere, 34(2) (1997),
401–417.

[5] Wang, S., Boyjoo, Y., Choueib, A., Zhu, Z.H.,
Removal of dyes from aqueous solution using
fly ash and red mud, Water Research, 39(1)
(2005), 129–138.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>V.X. Minh và nnk. /Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 30, Số 2 (2014) 55-60</i>

60

chloride/red mud (MRM) from aqueous solution
Journal of Hazardous Materials, 170(2–3)
(2009), 690–698.

[7] Đặng Trần Phòng, Sổ tay sử dụng thuốc nhuộm.
Tập 1: Thuốc nhuộm châu Á, 2008, Nhà xuất
bản Bách khoa – Hà Nội.

[8] Paola Castaldi, Margherita Silvetti, Stefano
Enzo, Pietro Melis., Study of sorption processes
and FT-IR analysis of arsenate sorbed onto red

muds (a bauxite ore processing waste), Journal
of Hazardous Materials, 175 (2010),172–178.
[9] David M. Lewis, Jian Chen Wang, The Use of

Fourier Transform Infrared (FT-IR)
Spectroscopy to Study the State of
Heterobifunctional Reactive Dyes, Dyes and
Pigments, 39(2) (1998), 111-123.

[10] Phạm Văn Nhiêu, Một sốứng phương pháp phổ
ứng dụng trong hóa học, Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia Hà Nội - 2011.

Adsorption of Anionic Dyes onto Gypsum-Neutralised

Red Mud

V

ũ

Xuân Minh

1

, Lê Th

ị

Mai H

ươ

ng

2

, Tr

ầ

n Th

ị

H

ồ

ng

3

,

Nguy

ễ

n V

ũ

Giang

1

, Nguy

ễ

n Tu

ấ

n Dung

1

1<i>_{Institute for Tropical Technology, Vietnamese Academy of Science and Technology,}</i>

<i>18 Hoàng Quốc Việt, Hanoi, Vietnam </i>

2<i>_{Institute of Chemistry of Natural Compounds, Vietnamese Academy of Science and Technology,}</i>

<i>18 Hoàng Quốc Việt, Hanoi, Vietnam </i>

3<i>_{VNU University of Science, 334 Nguy}_ễ_{n Trãi, Thanh Xuân, Hanoi, Vietnam}</i>

<b>Abstract: </b>In the study, red mud of Tân Rai Alumina Plant was neutralised by gypsum of DAP

Đình Vũ Plant and investigated for some anionic dyes adsorption from aqueous solution. The effects
of pH, contact time, and initial dye concentration on the adsorption were studied. Adsorption of Red
3BF, Yellow 3GF and Blue MERF has been found to be best achieved in acidic conditions, pH = 4
was the most suitable value. It was found that the sufficient time to attain equilibrium was 120 min.
The adsorption isotherms were analyzed using the Langmuir and the Freundlich models, the Langmuir
isotherm showed better fitting the experimental data for all three investigated dyes. The maximum
adsorption capacities of Red 3BF, Yellow 3GF and Blue MERF (qmax) were founded to be 57.8, 96.6

and 98.23 mg/g, respectively. The FT-IR analysis indicated clearly the presence of adsorbed dyes on
the gypsum-neutralised ref mud surface.

</div>

<!--links-->